大數(shù)據(jù)地鐵車輛牽引系統(tǒng)故障診斷技術(shù)分析

杜強(qiáng)

（太原中鐵軌道交通建設(shè)運(yùn)營(yíng)有限公司，山西太原 030000）

0 引言

地鐵車輛牽引系統(tǒng)的故障在地鐵運(yùn)營(yíng)方面有著關(guān)鍵性的影響，所以，進(jìn)行地鐵故障的分析工作對(duì)地鐵的運(yùn)營(yíng)有著很重要的意義。大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)得到了普及，可以進(jìn)行大數(shù)據(jù)技術(shù)的挖掘工作，用大數(shù)據(jù)去評(píng)估從而產(chǎn)生成果，因此積極使用大數(shù)據(jù)技術(shù)診斷地鐵牽引系統(tǒng)的故障有著非常重要的意義。

1 地鐵車輛牽引系統(tǒng)故障診斷現(xiàn)狀

出行一直是人們生活的重要組成部分。進(jìn)入新時(shí)代，隨著地鐵的普及，出行變得前所未有的方便，這緩解了部分出行困難和道路擁堵的困境，但地鐵的日常維護(hù)已經(jīng)成為人流眾多的公共工程的重要組成部分。許多城市開通了地鐵，在加快城市化進(jìn)程中發(fā)揮了重要作用。

地鐵由于其速度快、運(yùn)量大，是必需的出行交通工具，地鐵車輛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)確保了系統(tǒng)運(yùn)行的安全，如果驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，地鐵會(huì)發(fā)生事故，確保地鐵車輛安全穩(wěn)定地運(yùn)行，就需要在發(fā)生的故障時(shí)候進(jìn)行精確的分析，從而提高診斷和維修效率[1]。

分析地鐵車輛的具體運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)牽引故障是主要問(wèn)題之一。所以，在實(shí)際的工作中，應(yīng)先展開對(duì)地鐵車輛的分析和問(wèn)題處理，才可以有效地減少故障的發(fā)生。為了更合理地解決地鐵車輛牽引系統(tǒng)的問(wèn)題，需要對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。概念分析表明，所謂的牽引系統(tǒng)故障診斷，具體而言是指診斷系統(tǒng)在不分解系統(tǒng)部件的情況下的功能以及影響因素的局限性。在當(dāng)前的地鐵車輛故障診斷中，主要使用兩種診斷系統(tǒng)：

一種是車外診斷系統(tǒng)，使用許多額外的測(cè)試工具來(lái)評(píng)估故障。實(shí)際上，在調(diào)查地鐵的缺陷時(shí),發(fā)現(xiàn)了非常明顯的地鐵車輛故障不確定性，因此，使用非車輛診斷系統(tǒng)評(píng)估功能會(huì)記錄更多時(shí)間和非常不準(zhǔn)確的錯(cuò)誤信息。

另一種是車載診斷系統(tǒng)。目前，地鐵車輛安裝了行車記錄儀，以實(shí)時(shí)記錄車輛的行駛數(shù)據(jù)、電壓和電流等參數(shù)、運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以保留在控制臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，在發(fā)生故障時(shí)，其提示可以起到提醒的作用。兩種診斷系統(tǒng)都有缺陷。此外，地鐵車輛可能出現(xiàn)的故障無(wú)法預(yù)測(cè)，總使用價(jià)值也很低。

2 大數(shù)據(jù)背景下的地鐵車輛系統(tǒng)故障

由于需要對(duì)地鐵車輛的維護(hù)進(jìn)行及時(shí)診斷，大數(shù)據(jù)可用于診斷和分析交通管制實(shí)施中的問(wèn)題。在故障的具體診斷中，系統(tǒng)中專家委員會(huì)的觀點(diǎn)也會(huì)影響診斷的準(zhǔn)確性。專家委員會(huì)在分析故障原因和確保及時(shí)恢復(fù)方面表現(xiàn)出色。它是系統(tǒng)故障和大數(shù)據(jù)的有效組合，可以集合各種故障問(wèn)題展開分析和處理。

根據(jù)故障診斷的要求，系統(tǒng)工作如下：

首先，建立一個(gè)系統(tǒng)中心工作基礎(chǔ)，可用于存儲(chǔ)設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，并可存儲(chǔ)操作模型的影響和風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)以及各種類型的測(cè)試數(shù)據(jù)。

其次，根據(jù)大數(shù)據(jù)技術(shù)，在無(wú)數(shù)故障的前提下建立數(shù)據(jù)庫(kù)。

最后，在相關(guān)鏈中進(jìn)行故障分析，以便正確評(píng)估和分析錯(cuò)誤之處[2]。

2.1 監(jiān)控中心層

從功能的角度來(lái)看，監(jiān)控中心層的主要功能是收集不同車輛位置的故障，并對(duì)故障的整體原因進(jìn)行分析。最終分析數(shù)據(jù)可作為故障應(yīng)急處理的支持和參考。監(jiān)控中心層應(yīng)實(shí)現(xiàn)低特定使用率的監(jiān)控，并在車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之間交換信息，包括特定診斷等信息，以強(qiáng)調(diào)聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，出現(xiàn)故障的車輛也將顯著減少?？偠灾?，車輛的故障驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)找不到蹤跡，信息分析可以識(shí)別特定的故障，并確定個(gè)體錯(cuò)誤的確切原因，從而提高診斷和診斷的準(zhǔn)確性。

2.2 車輛段分系統(tǒng)

對(duì)車輛段分系統(tǒng)的具體分析表明，它主要由接入設(shè)備、轉(zhuǎn)子、本地開關(guān)設(shè)備和帶有服務(wù)器的電子郵件中心組成。這一部分的主要功能是實(shí)時(shí)組織和數(shù)據(jù)收集、評(píng)估及維修車輛部件。在具體分析中，故障也是偶然發(fā)生的。車輛段分系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以隨時(shí)及時(shí)記錄故障，以便根據(jù)故障發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行分析，并使用大數(shù)據(jù)進(jìn)行工作。這樣，對(duì)不同部件的具體故障頻率的分析將更加準(zhǔn)確。根據(jù)規(guī)律性，每輛車的每一個(gè)結(jié)構(gòu)和每一個(gè)部件的維修都將有一個(gè)明確的方向，維修的具體用途將有顯著的提升和增加[3]。

2.3 車載級(jí)分系統(tǒng)

車載級(jí)分系統(tǒng)是一個(gè)廣泛的基于數(shù)據(jù)的診斷系統(tǒng)的重要組成部分，用于診斷車輛的牽引力問(wèn)題。系統(tǒng)開發(fā)的細(xì)節(jié)主要包括用于計(jì)算機(jī)控制和車輛內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的微處理系統(tǒng)。對(duì)于車載分類系統(tǒng)的具體應(yīng)用，主要有五大功能，即：完整的故障信息采集、信息傳輸、信息預(yù)處理、簡(jiǎn)單的故障診斷和緊急故障處理。在車輛牽引故障診斷系統(tǒng)中，車載級(jí)分系統(tǒng)是最核心的系統(tǒng)，它不僅可以收集信息并進(jìn)行分析，還可以根據(jù)處理后的信息對(duì)故障進(jìn)行處理，從而強(qiáng)調(diào)故障在車載系統(tǒng)診斷和處理中的應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)然，其他兩個(gè)部分的價(jià)值也不容忽視，因?yàn)槿叩慕Y(jié)合可以進(jìn)一步發(fā)展系統(tǒng)的整體功能，從而提高故障診斷和維修的實(shí)效性。

車載級(jí)分系統(tǒng)控制的功能特別體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，能夠合理解決牽引設(shè)備和開發(fā)設(shè)備運(yùn)行中的故障，操作人員的人身安全和設(shè)備的完整性可以得到更好的保證。

第二，如果這些設(shè)備出現(xiàn)故障，則無(wú)法保證乘客的安全，因此在故障診斷中，對(duì)設(shè)備故障、對(duì)地定位、車輛返修等都要及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的處理。

第三，能夠?qū)嵤┚S護(hù)功能和支持性診斷，這可以及時(shí)提醒駕駛員考慮一些事項(xiàng)，同時(shí)還能執(zhí)行一些相對(duì)簡(jiǎn)單的故障排除任務(wù)。

第四，系統(tǒng)支持警報(bào)，可以支持多個(gè)方面，這取決于其每一條警報(bào)條件確定的處理順序，能夠提供警報(bào)信息的記錄，鑒于車載級(jí)分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理及其傳輸也需要合理收集各子系統(tǒng)運(yùn)行中的實(shí)際參數(shù)和故障記錄，以便將其傳輸至內(nèi)部?jī)?nèi)置系統(tǒng)，并且基于以太網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)卡，他們的數(shù)據(jù)可以直接傳輸?shù)降孛?，但?duì)于數(shù)據(jù)保存和系統(tǒng)功能而言，兩者都是獨(dú)立和相互依賴的，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性[4]。

2.4 故障的一般診斷

測(cè)試法通常用于分析地鐵車輛的牽引故障。簡(jiǎn)而言之，這是基于實(shí)際數(shù)據(jù)和參考模型的詳細(xì)比較。根據(jù)對(duì)比和數(shù)據(jù)，對(duì)故障進(jìn)行分析，從而有效解決問(wèn)題。

2.5 牽引故障診斷系統(tǒng)

地鐵車輛安全操作至關(guān)重要，必須盡一切努力及時(shí)解決或消除任何安全風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)可能導(dǎo)致問(wèn)題的方面進(jìn)行詳細(xì)研究，有針對(duì)性地建議解決方案。目前比較專業(yè)的是MVTS-FDS 系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個(gè)專業(yè)的識(shí)別系統(tǒng)，基于強(qiáng)大的集成和分析能力，以實(shí)現(xiàn)快速處理、診斷大量數(shù)據(jù)，以快速找到故障原因的特征。此外，車載安全系統(tǒng)還可以在發(fā)生事故時(shí)做出智能反應(yīng)，自動(dòng)報(bào)警的同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)并收集系統(tǒng)數(shù)據(jù)，車輛設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)最終都能得到及時(shí)的反饋。

2.6 故障診斷與分析系統(tǒng)

通過(guò)建立故障診斷系統(tǒng)和故障分析系統(tǒng)，目前可以完成以下工作。首先，在系統(tǒng)內(nèi)部專家的幫助下，形成良好的診斷思維模式，診斷可以通過(guò)專業(yè)知識(shí)庫(kù)在系統(tǒng)內(nèi)評(píng)估故障原因，培育診斷思維模式，在內(nèi)部專家系統(tǒng)的幫助下及時(shí)排除故障。其次，對(duì)于一些更具體的故障，將建立專門的數(shù)據(jù)庫(kù)，以便記錄數(shù)據(jù)，對(duì)于一些更具體的故障，將真實(shí)記錄數(shù)據(jù)，詳細(xì)記錄數(shù)據(jù)，并單獨(dú)分類。最后，將建立一個(gè)故障診斷系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和維修[5]。開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)完整故障診斷的軟件，保證故障診斷的準(zhǔn)確性，保證近距離地鐵車輛的運(yùn)行安全。

3 大數(shù)據(jù)地鐵車輛牽引系統(tǒng)故障斷技術(shù)分析

目前在我國(guó)技術(shù)飛速發(fā)展和人工智能技術(shù)不斷成熟的同時(shí)，也有一些針對(duì)其特點(diǎn)的診斷、控制和處理技術(shù)，并將其應(yīng)用于地鐵牽引系統(tǒng)的故障診斷中，其方向可以推動(dòng)這一智能化和自動(dòng)化的不斷發(fā)展。

3.1 故障智能分析

通過(guò)專家系統(tǒng)中的技術(shù)進(jìn)行持續(xù)研究，并且得到有效使用，可以在一定程度上進(jìn)行擴(kuò)展診斷，例如通過(guò)專家系統(tǒng)可以優(yōu)化使用牽引過(guò)電流，并對(duì)存在問(wèn)題的主要原因進(jìn)行分析和調(diào)查，進(jìn)一步為維修人員提供相關(guān)的幫助。因?yàn)闄C(jī)電一體化和相關(guān)的智能技術(shù)已經(jīng)快速發(fā)展，并且也有助于非接觸式傳感器的普遍應(yīng)用，通過(guò)批量應(yīng)用，這些傳感器能夠收集更多的數(shù)字報(bào)告，準(zhǔn)確有效地報(bào)告事故現(xiàn)象。

3.2 故障結(jié)果的精確分析

大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，基于一系列分析方法，可以提高故障診斷的準(zhǔn)確性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障專家系統(tǒng)是相對(duì)寬容的，不僅在獲取信息方面有很大的優(yōu)勢(shì)，而且在處理方面也有優(yōu)勢(shì)，結(jié)果也是相當(dāng)精確的?？偟膩?lái)說(shuō)，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的進(jìn)步，結(jié)合新技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷可以顯著改進(jìn)故障的處理問(wèn)題，大數(shù)據(jù)技術(shù)可以提供大規(guī)模并行處理工作，并在獲取信息和并行處理方面可以獲得巨大好處。

3.3 故障信息的網(wǎng)絡(luò)分析

在故障發(fā)生的過(guò)程中，需要能夠通過(guò)提高維修來(lái)制定直觀的解決方案，重點(diǎn)關(guān)注故障網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)化，不僅可以打破信息傳遞中的空間傳播，也可以在一定程度上提高資源的部分共享，并且能夠在技術(shù)方面與專家進(jìn)行有效溝通。現(xiàn)階段，盡管大數(shù)據(jù)在地鐵系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用仍處于起步階段，還有很多東西需要學(xué)習(xí)，但未來(lái)的方法和應(yīng)用前景廣闊。當(dāng)然，本文中描述的仍然不夠充分，例如，現(xiàn)有數(shù)據(jù)不符合全面處理故障診斷和技術(shù)服務(wù)的目標(biāo)。我們?nèi)蕴幱跀?shù)據(jù)處理、集成和規(guī)范的初級(jí)階段，未來(lái)的發(fā)展仍有許多瓶頸需要我們?nèi)ミM(jìn)行不斷的調(diào)整。

4 地鐵車輛牽引系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)展望

城市軌道交通與國(guó)有鐵路相比較有其特殊性：車速較低、距離短、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、旅客的舒適度強(qiáng)；地鐵具有強(qiáng)大的靈活性和降噪音能力；維護(hù)可以在4 小時(shí)內(nèi)夜間停電的情況下進(jìn)行。在地鐵的正常運(yùn)行中，經(jīng)常會(huì)有許多類型的干擾因素從而影響地鐵的運(yùn)營(yíng)，如有處理不善的情況，也可能導(dǎo)致小問(wèn)題變成大問(wèn)題，擾亂地鐵秩序，甚至導(dǎo)致安全問(wèn)題的發(fā)生。這需要我們對(duì)突發(fā)的安全事件進(jìn)行有效的車輛調(diào)整，以防止最終的故障出現(xiàn)。地鐵發(fā)生故障時(shí)，地鐵車輛牽引系統(tǒng)的故障就是其中的一種，該故障實(shí)際上會(huì)直接影響地鐵運(yùn)營(yíng)的效率和安全。

新時(shí)代，機(jī)電一體化與計(jì)算機(jī)技術(shù)的對(duì)接得以實(shí)現(xiàn)，預(yù)計(jì)未來(lái)各種應(yīng)用新技術(shù)的發(fā)展和智能系統(tǒng)的引入會(huì)確保故障分析和診斷的智能化，監(jiān)控和分析過(guò)程不僅大大縮短了時(shí)間，也提高了精度，還可以更好地滿足現(xiàn)實(shí)的需求。

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，車輛故障診斷越來(lái)越受到用戶的重視。為了使駕駛的車輛更加可靠，我國(guó)已經(jīng)制定了地鐵車輛的總體開發(fā)計(jì)劃，該計(jì)劃不僅適用于車輛的牽引系統(tǒng)，還涵蓋了車輛中的所有應(yīng)用，如制動(dòng)系統(tǒng)等，使車輛的運(yùn)行更加安全。

地鐵車輛牽引系統(tǒng)的分析和診斷是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，鑒于其安全性，在實(shí)際運(yùn)行中，工作人員應(yīng)按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，正確運(yùn)行，及時(shí)解決安全風(fēng)險(xiǎn)，排除工作期間的一般故障或特殊故障。需要詳細(xì)記錄故障，還應(yīng)該注意對(duì)特殊故障進(jìn)行特殊分類，以便將來(lái)順利上傳數(shù)據(jù)，并為將來(lái)智能診斷系統(tǒng)工作做好鋪墊。在地鐵線路的運(yùn)行和通車過(guò)程中，地鐵車輛牽引系統(tǒng)的故障是不可忽視的問(wèn)題，為了保障乘客安全和地鐵的正常通行，需要加強(qiáng)對(duì)地鐵車輛牽引系統(tǒng)的故障的管理和控制，具體來(lái)說(shuō)，對(duì)地鐵車輛牽引系統(tǒng)的故障的控制思路，主要是堅(jiān)持及時(shí)響應(yīng)、優(yōu)先處理、快速調(diào)整三大原則，以此促進(jìn)地鐵車輛牽引系統(tǒng)的故障問(wèn)題的盡快解決，促進(jìn)地鐵線路的正常運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，地鐵是現(xiàn)代城市公共交通的重要組成部分，強(qiáng)調(diào)其建設(shè)和應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。地鐵車輛牽引系統(tǒng)的故障診斷對(duì)地鐵的運(yùn)營(yíng)有重要意義，基于大數(shù)據(jù)的車輛穩(wěn)定和安全運(yùn)行，建立故障診斷系統(tǒng)具有突出的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。